ОЛЕГ ОЗМИДОВ: Формула расчетного сопротивления грунта безнадежно устарела

Ред.: Олег Ростиславович, расскажите, пожалуйста, о новых разработках лаборатории АО «МОСТДОРГЕОТРЕСТ».

О.О.: В рамках наших курсов повышения квалификации, которые регулярно проводятся на базе нашей лаборатории, в частности, для экспертов Мосгосэкспертизы, мы прорабатываем вопрос правильного определения модуля деформации E. Удивительно, но получать его специалисты до сих пор не научились.

В российских нормативных документах есть два модуля деформации – Е и Е₅₀. Вторая характеристика, на самом деле, обозначает не модуль деформации, а является параметром гиперболической зависимости между напряжением и деформацией в нелинейной модели HS или HSS. А упругий модуль деформации Е – это основной параметр линейной модели Мора-Кулона, которой специалисты пользуются уже более 100 лет. Определяют его, как выясняется, не верно. И это несмотря на огромное множество научных диссертаций по деформируемости грунтов и большое количество соответствующих нормативных документов.

Ред.: Почему Вы так в этом уверены?

О.О.: В ГОСТ 12 248.3 2016 сказано, что модуль Е определяется на интервале кривой девиаторного нагружения от бытового давления ρgh до 1,6 ρgh. Предполагается, что это линейный участок кривой напряжения. Однако фактически это не так. Этот участок может выйти в зону разрушения грунта или оказаться в зоне «microstrain», то есть за пределами строительных деформаций в рамках сжимаемой толщи. В результате модуль Е не будет иметь ничего общего с реальной деформацией грунта под сооружением.

Приходится признать, что в этом есть и наша вина, мы тоже участвовали в написании данного нормативного документа и пропустили этот момент.

Ред.: В каких расчетах и на что влияет данный параметр?

О.О.: Прежде всего, этот показатель учитывается при расчете осадки сооружения. Напомню, основное требование к этому параметру – осадка не должна превышать предельно допустимую, которая, в свою очередь, определяется отраслевыми сводами правил. Например, для сверхпрочных зданий она составляет 18 сантиметров. А если модуль деформации получается с точностью, условно говоря, плюс-минус 300%, как это происходит сейчас, то ни о каких точных значениях расчета осадки говорить не приходится. Следствие этого – огромные перерасходы средств на этапе строительства фундамента в одном случае, или большой риск возникновения аварийных деформаций здания в другом.

Ред.: В чем заключается проблема, на Ваш взгляд?

О.О.: Дело в том, что не всегда возможно найти этот линейный участок, прописанный в ГОСТ. Указанный диапазон от 1 до 1,6 ρgh – это произвольный участок кривой, который может быть как линейным, так и не линейным. Предыдущая редакция ГОСТ 12 248 2010 допускала возможность визуального определения линейного участка интерпретатором. Однако такой подход никого не устраивал, прежде всего, экспертов. Потому что в результате геолог мог получить абсолютно любой модуль деформации на свое усмотрение. Более того, при большом желании можно найти несколько таких псевдолинейных участков и выбрать такой, чтобы получившийся модуль был похож на табличное значение. Но по факту строительства обнаруживалось, что осадки сооружения совершенно другие.

Составители последней редакции ГОСТ попытались устранить этот субъективизм, но получилось весьма неудачно, к сожалению. Мы подготовили письмо в НИИОСП с просьбой дать разъяснения по данному вопросу, потому что у наших заказчиков возникают определенные проблемы из-за сложившейся ситуации.

Ред.: Вы придумали, как можно точно определять модуль деформации E?

О.О.: Есть совершенно четкие критерии, основанные на таком понятии, как расчетное сопротивление грунта. Это то давление, которое можно приложить к грунту, не выходя за линейный участок кривой нагружения. Кстати, хочу отметить, что многие неверно считают, что этот термин обозначает максимальное давление, которое может выдержать грунт. Это не так: грунт может выдержать гораздо большее давление, но работать при этом будет уже нелинейно. У нас же стоит задача получить модуль именно на линейном участке, то есть, когда грунт еще работает как пружина, показывая один и тот же модуль при прямом и обратном нагружении. То есть если взять интервал от бытового давления до расчетного сопротивления грунта, то мы как раз получим значение модуля деформации на линейном участке. К случаю отмечу, что термин «бытовое давление» пришло время заменить на более обоснованный с физической точки зрения - «геостатическое давление».

Однако важно понимать, что формула расчетного сопротивления грунта не менялась около 70 лет и, разумеется, безнадежно устарела. На момент ее разработки считалось, что не бывает переуплотненных грунтов, рассматривалось только изотропное напряженное состояние с одинаковыми горизонтальными и вертикальными напряжениями, не измерялось поровое давление и т.д. Поэтому несмотря на то, что формула очень длинная, она не точна.

Мы поработали и создали формулу, учитывающую также все названные параметры. И уже получили одобрение ряда экспертов. Её вид мы представим в последующей статье. Следовательно, если мы будем в конечном счете выделять линейный участок на кривой от бытового давления с учетов взвешивающего эффекта грунтовых вод и принимать это за первую точку напряжения, а за вторую точку брать расчетное сопротивление грунта по усовершенствованной формуле с учетом реального напряженного состояния и истории нагружения грунта, тогда мы получим истинное значение упругого модуля деформации Е. При этом мы должны учитывать, что в случае глубоких котлованов (более 5 метров) линейный участок мы должны получать по кривой повторного нагружения.

Таким образом, учитывая вышеизложенные положения, сможем смело пользоваться моделью Мора-Кулона в линейном диапазоне зависимости «напряжение-деформация», а также будем абсолютно точно знать, на каком этапе нагружения модель Мора-Кулона перестает работать и для точного расчета осадки необходим переход к нелинейной модели, например, HS, HSS, SS, SSC.

Ред.: А если речь идет не о выемке, а о насыпи, например, для автомобильной или железной дороги. Как в таком случае считать модуль деформации?

О.О.: Следует понимать, что любая грунтовая насыпь – это сооружение. Поэтому необходимо рассматривать грунтовый массив под дополнительной нагрузкой. Обычно насыпи на слабых грунтах высотой до 6 метров позволяют оставаться в линейной зоне кривой нагружения. А при большей высоте насыпи мы уже выходим за расчетное сопротивление грунтов и требуется переход к нелинейной модели, поскольку модель Мора-Кулона даст совершенно неверный результат.

Ред.: Заказчики соглашаются с такой постановкой вопроса?

О.О.: С этим, конечно, все непросто. Сейчас устоялась такая практика, что заказчики с ограниченным бюджетом несмотря ни на какие доводы требуют использовать исключительно линейную модель Мора-Кулона. Даже тогда, когда ее применение заведомо будет приводить к неточным результатам. А «богатые» заказчики везде прописывают применение нелинейных моделей, даже там, где они вовсе не нужны. Поэтому я уверен, что критерии применения той или иной модели должны быть четко прописаны в ГОСТ. В противном случае могут возникать неразрешимые споры между изыскателями и проектировщиками. Если в конечном счете возникнут проблемы в экспертизе, то виноватым окажется именно изыскатель, поскольку он не обеспечил исходными данными проектную документацию.

В связи с этим можно вспомнить цитату Цытовича, который говорил в свое время, что при расчете осадок важно не ошибиться на порядок, то есть в 10 раз. Конечно, при современном высотном строительстве такие подходы не допустимы.

В масштабе страны наши разработки позволят получить невероятный экономический эффект, исчисляемый экономией десятков и сотен миллиардов рублей ежегодно. Готовим публикацию по обозначенной теме. Конечно, думаю, у нас, как всегда, будет много оппонентов, но мы готовы к профессиональным дискуссиям.